高温结构承力钢GH4169
GH4169与优质GH4169高温合金
1合金介绍(特别提醒：由于本篇文章篇幅巨长，所以省略了大部份的图表展示，如果有看官需要具体图表，可直接联系上海墨钜特殊钢客服021-67898711索取。感谢理解)
1.1 概述
GH4169是Ni-Cr-Fe基沉淀硬化型变形高温合金，长时使用温度范围-253°C〜650°C ,短时使用温度 可达800°C。合金在650°C以下强度较高，具有良好的抗疲劳、抗辐射、抗氧化和耐腐蚀性能，以及良好的 加工性能、焊接性能和长期组织稳定性。适于制作航空、航天、核能和石化工业中的涡轮盘、环件、叶片、 轴、紧固件和弹性元件、板材结构件、机匣等，主要产品有热轧和锻制棒材、冷拉棒、板材和带材、丝材、管 材、环形件和锻件等。
合金从成分上分为普通和优质两大类，优质GH4169合金的碳、铌、硫和气体含量的控制更严格，主要用于制造各类转动零件；从制作工艺分为标准、高强和直接时效三大类，其中高强和直接时效工艺用于优质GH4169合金锻件，热变形温度依次降低，锻件的平均晶粒度依次细化，强度则依次升高，可以满足航空 发动机中不同转动零件的应用要求。
1. 2 应用概况及特性
合金已用于制作航空发动机涡轮盘、环件、机匣、轴、叶片、紧固件、弹性元件、燃气导管、密封元件和焊 接结构件等；制作液氢、液氧火箭发动机中的涡轮转子等部件；制作核能工业应用的各种弹性元件和格架； 制造石油和化工领域应用的多种零件。批产和使用情况良好。
合金在真空自耗重熔时可采用氮气冷却工艺，可有效地减轻铌元素偏析；采用喷射成形工艺，生产环件，可降低生产成本和缩短生产周期；采用超塑成形工艺，可扩大产品的生产范围。
1.3 材料牌号
GH4169（GH169）。
1. 4 相近牌号
Inconel 718（美），NC19FeNb（法）。
1. 5 材料技术标准
GB/T 14992高温合金和金属间化合物高温材料的分类和牌号
GJB2611A航空用高温合金冷拉棒材规范
GJB 2612焊接用高温合金冷拉丝材规范
GJB3318A航空用高温合金冷轧带材规范
GJB 3527弹簧用高温合金冷拉丝材规范
GJB 5280航空发动机用高温合金盘形锻件规范
GJB 5301航空发动机用髙温合金环形件规范
GJB 712A航天用GH4169高温合金锻制圆饼规范
HB/Z 140航空用高温合金热处理工艺
Q/5B 4040优质GH4169合金锻件
Q/3B 4048（Q/5B 4029、抚高新13、协上五高22X3S280）优质GH4169合金棒材
Q/3B 4056（Q/5B 4009、抚高新11、协上五高24）高强GH4169合金压气机盘锻件
Q/3B 4054（RJTO10、抚高新10、协上五高23）直接时效GH4169合金压气机盘、涡轮盘锻件
Q/3B 4050（Q/5B 4037、抚高新9、协上五高32） GH4169合金厚板、薄板和带材
Q/3B 4052 GH4169合金毛细管材
1. 6 冶炼工艺
采用真空感应炉+电渣重熔、或真空感应炉+真空自耗重熔、或真空感应炉+电渣重熔+真空自耗重 熔、或真空感应炉+真空自耗重熔+电渣重熔熔炼工艺。
1.7 化学成分
摘自GB/T 14992和文献[14],见表1-1。
表1-1
| 元素 | C | Cr | Ni | Co | Mo | Al | Ti | Fe | Nb |
| 质量分数普通 | ≤0. 08 | 17. 00 〜21. 00 | 50. 00〜55. 00 | ≤1.00 | 2. 80 〜3. 30 | 0. 20—0. 80 | 0. 65 〜1.15 | 余 | 4. 75〜5. 50 |
| /% 优质 | 0. 02—0. 06 | 17. 00〜21. 00 | 50. 00〜55. 00 | ≤1.00 | 2. 80—3. 30 | 0. 20—0. 80 | 0. 65 〜1.15 | 余 | 5. 00〜5. 50 |
| 元素 | B | Mg | Mn | Si | P | S | Cu | Ca | Bi |
| 质量分数普通 | ≤0. 006 | ≤0.010 | VO. 35 | WO. 35 | WO. 015 | ≤0. 015 | WO. 300 | — | — |
| /% 优质 | ≤0. 006 | ≤0. 005 | VO. 35 | ≤0. 35 | ≤0.015 | ≤0. 015 | ≤0. 30 | MO. 005 | ≤0. 00003 |
| 元素 | Sn | Pb | Ag | Se | Te | Ti | [N] | [()] | — |
| 质量分数普通 | 一 | — | — | — | 一 | — | — | — | — |
| /% 优质 | ≤0. 005 | ≤0. 0005 | VO. 0005 | ≤0. 0003 | ≤0. 00005 | ≤0. 0001 | ≤0.01 | ≤0. 005 | — |
注：核能应用时功（B）ω0.002%。
1. 8 热处理制度
摘自HB/Z 140、GJB712A、GJB 5301、Q/3B 4052和Q/3B 4054,分标准热处理和直接时效处理两种。
1.8. 1 标准热处理
盘形锻件、环形件,(950~980)°C ±10°C * lh/OQ(或 AC、或 WQ)+720°C ± 10°C *8h/FC(50°C ± 10°C/h)→620°C ± 10°C *8h/AC,HB 461 〜341；
航天用锻制圆饼，(950〜1010)°C ±10°C * lh/AC+720°C ± 10°C * 8h/FC(50°C/h)→620r ± 10°C *8h/AC(或 FC)；
丝材，955°C ± 10°C * lh/AC+720°C ±10°C * 8h/FC(50°C ± 10°C/h) →62O°C ±5°C * (7〜8)h/AC,HRCN32；
棒材和锻件，(950〜980)°C ± 10°C*lh/AC + 720°C ±5°C *8h/FC(50t±10°C/h)→ 620°C ±5°C *8h/AC,HB 法346；
板材、焊接件：
制度 I ：(940〜96O)°C/AC+(71O〜730)°C*(8〜8. 5)h/FC(50°C 土 10°C/h) →(615〜620)P * (8〜
8. 5)h/AC,其中固溶保温时间：S(d)W3mm,(25~30)min；3(a)3mm~5mm,(30〜35)min；
制度 II ：中间退火,(940~960)°C * (15~20)min/AC；
管材,955°C ± 10°C * 30min/AC(或风冷)+720°C ± 10°C * 8h/FC(50°C ± 10°C/h)→620°C ± 10°C , 使总保温时间不少于18h,空冷或风冷。
1.8.2 直接时效处理
盘形锻件直接时效制度:720°C + 10°C *8h/FC(50°C± 10°C/h)→620°C + 10°C *8h/AC。
1. 9 品种规格与供应状态
1. 9. 1 主要规格
D15mm~100mm热轧棒材；d 100mm〜350mm锻制棒材;D8mm~45mm的圆形冷拉棒材(≤25mm 圆形冷拉棒材，8%〜12%或12%〜30%的冷拉变形)，边长8mm〜30mm方形冷拉棒材；d0. 2mm〜8mm 冷拉丝材；弹簧用冷拉丝A类，d≤6mm(50%〜60%冷拉变形量)，d>6mm(30%以上冷拉变形量)。B类 d≤0. 65mm(15%冷拉变形量)，(>0. 65mm(冷拉变形量不限)；厚4. 00mm~14. 00mm热轧板材渣0. 50mm ~4. 00mm冷轧薄板；厚0. 10mm~0. 80mm冷轧带材；d≤5mm,壁厚≤0.5mm,长度≥0. 5m管材；各种规
格的锻制圆饼、环件、模锻件（盘、整体锻件）。
盘形锻件、环形件,(950~980)°C ±10°C * lh/OQ(或 AC、或 WQ)+720°C ± 10°C *8h/FC(50°C ± 10°C/h)→620°C ± 10°C *8h/AC,HB 461 〜341；
航天用锻制圆饼，(950〜1010)°C ±10°C * lh/AC+720°C ± 10°C * 8h/FC(50°C/h)→620r ± 10°C *8h/AC(或 FC)；
丝材，955°C ± 10°C * lh/AC+720°C ±10°C * 8h/FC(50°C ± 10°C/h) →62O°C ±5°C * (7〜8)h/AC,HRCN32；
棒材和锻件，(950〜980)°C ± 10°C*lh/AC + 720°C ±5°C *8h/FC(50t±10°C/h)→ 620°C ±5°C *8h/AC,HB 法346；
板材、焊接件：
制度 I ：(940〜96O)°C/AC+(71O〜730)°C*(8〜8. 5)h/FC(50°C 土 10°C/h) →(615〜620)P * (8〜
8. 5)h/AC,其中固溶保温时间：S(d)W3mm,(25~30)min；3(a)3mm~5mm,(30〜35)min；
制度 II ：中间退火,(940~960)°C * (15~20)min/AC；
管材,955°C ± 10°C * 30min/AC(或风冷)+720°C ± 10°C * 8h/FC(50°C ± 10°C/h)→620°C ± 10°C , 使总保温时间不少于18h,空冷或风冷。
1.8.2 直接时效处理
盘形锻件直接时效制度:720°C + 10°C *8h/FC(50°C± 10°C/h)→620°C + 10°C *8h/AC。
1. 9 品种规格与供应状态
1. 9. 1 主要规格
D15mm~100mm热轧棒材；d 100mm〜350mm锻制棒材;D8mm~45mm的圆形冷拉棒材(≤25mm 圆形冷拉棒材，8%〜12%或12%〜30%的冷拉变形)，边长8mm〜30mm方形冷拉棒材；d0. 2mm〜8mm 冷拉丝材；弹簧用冷拉丝A类，d≤6mm(50%〜60%冷拉变形量)，d>6mm(30%以上冷拉变形量)。B类 d≤0. 65mm(15%冷拉变形量)，(>0. 65mm(冷拉变形量不限)；厚4. 00mm~14. 00mm热轧板材渣0. 50mm ~4. 00mm冷轧薄板；厚0. 10mm~0. 80mm冷轧带材；d≤5mm,壁厚≤0.5mm,长度≥0. 5m管材；各种规
格的锻制圆饼、环件、模锻件（盘、整体锻件）。
1.9.2 供应状态
热轧和锻制棒材不经热处理.经车光或磨光后供应；冷拉棒材以冷拉+磨光、或冷拉+固溶+磨光后 供应；丝材以冷拉或固溶，经去除氧化皮后供应；弹簧用冷拉丝经光亮固溶后直条或盘状供应；管材A类 经冷拔+固溶+除氧化皮、或冷拔+光亮固溶后供应，管材B类以冷拔状态供应；带材经光亮固溶+切边
后成卷供应；冷轧薄板经固溶+碱酸洗+平整+矫直+切边后供应；热轧板材经固溶+碱酸洗+平整+切 边后供应；盘锻件以锻态+除氧化皮、或经标准热处理+粗加工后供应；环形件一般不经热处理供应。
2物理、弹性和化学性能
2. 1 熔化温度范围1260°C~1320°C。
2.2 相变点
2.3 热导率（表2-1）
2.4 电阻率
2.5 热扩散率
2.6 比热容（表2-2）
2. 7 线膨胀系数（表2-3）
2.8 密度
p=8. 24g/cm3。
2.9 磁性能
合金无磁性。
2. 10 弹性性能（表2-4）
2. 1 熔化温度范围1260°C~1320°C。
2.2 相变点
2.3 热导率（表2-1）
| θ/°C | 11 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 |
| λ/[W/(m • °C)] | 13. 4 | 14. 7 | 15. 9 | 17. 8 | 18. 3 | 19. 6 |
| θ/°C | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 | — |
| λ/[W/(m • °C)] | 21. 2 | 22. 8 | 23. 6 | 27.6 | 30.4 | — |
2.5 热扩散率
2.6 比热容（表2-2）
| θ/°C | 300 | 400 | 500 | 600 |
| 481. 4 | 493. 9 | 514. 8 | 539. 0 | |
| θ/°C | 700 | 800 | 900 | 1000 |
| 573.4 | 615.3 | 657.2 | 707.4 |
| θ/°C | 20〜 一 253 | 2()〜 -183 | 2()〜 100 | 20〜 200 | 20〜 300 | 20〜 400 |
| 9. 1 | 11. 0 | 11. 8 | 13. 0 | 13. 5 | 14. 1 | |
| θ/°C | 20〜 500 | 20〜 600 | 20〜 700 | 20〜 800 | 20〜 900 | 20〜 1000 |
| 14.4 | 14. 8 | 15.4 | 17. 0 | 18. 4 | 18. 7 |
p=8. 24g/cm3。
2.9 磁性能
合金无磁性。
2. 10 弹性性能（表2-4）
| θ/°C | 20 | 100 | 200 | 300 | 400 | 418 | 450 | 500 | 550 | 600 | 650 | 700 |
| E/GPa | 204 | — | — | 181 | 176 | — | 160 | 160 | 150 | 146 | 141 | |
| EC /GPa | 203 | — | — | 172 | — | 162 | — | 161 | 155 | 153 | — | |
| ED/GPa | 205 | 201 | 193 | 187 | — | 180 | — | 175 | — | 168 | 一 | 160 |
| G/GPa | 79 | 77 | 74 | 71 | — | 68 | — | 66 | 一 | 64 | — | 60 |
| 0. 30 | 0. 30 | 0. 30 | 0. 30 | — | 0. 31 | 一 | 0. 32 | — | 0. 32 | — | 0. 33 |
2. 11 化学性能
2. 11. 1抗氧化性能
合金在空气介质中，不同温度试验100h表 2-5.
| θ/°C | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 |
| 100h的氧化速率/ g/(m2 • h) | 0.0176 | 0.0277 | 0. 0351 | 0.0961 | 0. 1620 |
2. 11.2 耐腐蚀性能
3力学性能
3. 1 供货技术标准
3. 1.1技术标准规定的性能
3. 1. 1. 1锻件、棒材、板材、丝材、毛细管技术标准规定的性能见表3-1〜表3-5。
| 标准号 | 品种 | 取样 | θ/°C | 拉伸性能 | HBS | 持久性能① | ||||||
| σb/MPa | σp0.2 | δ5/% | ψ/% | σb/MPa | σp0.2 | δ5/% | ψ/% | |||||
| GJB 5280 | 航空用 盘锻件 | 弦向 标准 热处理 | 20 | ≥1270 | ≥1030 | ≥12 | ≥15 | 461〜341 | — | 一 | — | — |
| 650 | ≥1000 | ≥865 | ≥12 | ≥18 | — | 690 | ≥25 | ≥5 | ≥τ | |||
| GJB 5301 | 航空用 环形件 | 20 | ≥1270 | ≥1035 | ≥12 | ≥15 | 451〜345 | — | — | 一 | — | |
| 650 | ≥1000 | ≥860 | ≥12 | ≥15 | 一 | 690 | ≥25 | ≥5 | ≥τ | |||
| ①持久持续时间达到规定时间后，可按相应规定的加载至拉断;τH≥τ后，试样可不拉断，允许采用光滑-缺口组合试 样，缺口试样=0. 2mm. | ||||||||||||
